공비 혼합물 (Azeotrope)
쉽게 풀면
보통 혼합물을 끓이면 더 잘 휘발하는 성분이 증기에 더 많이 담겨 나오므로, 증류를 반복하면 두 성분을 갈라낼 수 있습니다. 그런데 어떤 조성에서는 증기의 조성이 액체와 똑같아져서, 아무리 증류해도 그 비율이 변하지 않습니다. 이 지점을 공비점이라 하고, 그 조성의 혼합물을 공비 혼합물이라 부릅니다. 에탄올과 물이 약 95.6% 부근에서 만드는 공비 혼합물이 대표적인 예입니다.
왜 중요한가
무수 에탄올을 단순 증류로 얻을 수 없는 이유가 바로 이것이어서, 산업과 실험실 모두에서 분리 공정을 설계할 때 반드시 고려해야 하는 제약입니다. 공비점을 피하기 위해 압력을 바꾸거나 제3의 성분을 넣는 전략이 함께 연구됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
공비 현상이 분리의 한계를 만든다는 점을 구체적 예로 기술합니다.
압력 변화로 공비를 회피하는 전략을 설명하는 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
공비는 두 성분이 이상 용액에서 크게 벗어날 때 나타납니다. 서로를 밀어내는 조합에서는 증기압이 라울 법칙 예측보다 높아져 최저 공비점이, 서로 강하게 끌어당기는 조합(예: 물과 질산)에서는 증기압이 낮아져 최고 공비점이 생깁니다. 공비점의 위치와 조성은 온도와 압력에 의존하므로, 압력을 바꾸면 공비점이 이동하거나 사라지기도 합니다. 공비 증류나 추출 증류는 여기에 제3의 성분을 넣어 활동도를 바꿈으로써 이 한계를 우회하는 방법입니다.
주의할 점
끓는점이 비슷해 분리가 어려운 경우와 공비는 다릅니다. 전자는 단수를 늘리면 해결되지만, 공비는 원리적으로 단순 증류의 한계에 걸리기 때문에 아무리 단수를 늘려도 넘어설 수 없습니다.